一种小分子胶凝剂、合成方法、利用其合成有机气凝胶材料的方法及得到的有机气凝胶材料技术

本发明专利技术公开了一种小分子胶凝剂、合成方法、利用其合成有机气凝胶材料的方法及得到的有机气凝胶材料，属于化学合成领域。一种小分子胶凝剂，其结构式为

Small molecule gelling agent, synthetic method, method for synthesizing organic aerogel material and organic aerogel material obtained by using the same

【技术实现步骤摘要】
一种小分子胶凝剂、合成方法、利用其合成有机气凝胶材料的方法及得到的有机气凝胶材料
本专利技术属于化学合成领域，尤其是一种小分子胶凝剂、合成方法、利用其合成有机气凝胶材料的方法及得到的有机气凝胶材料。
技术介绍
气凝胶材料是一种外表呈固体状、内部为网络结构、充满气体、低密度的多孔材料。从成分构成来分类，气凝胶材料分为单一组分和复合组分两大类；单一组分气凝胶包括氧化物气凝胶(二氧化硅和非二氧化硅)，有机气凝胶(树脂基和纤维基)，碳气凝胶(碳化塑料、碳纳米管和石墨烯)，硫化物气凝胶和其他种类的气凝胶(单一元素、碳化物)；复合组分气凝胶包括多组分气凝胶、梯度气凝胶以及微/纳气凝胶复合物。目前，二氧化硅气凝胶的技术最为成熟，国内外气凝胶的产业化发展大多围绕二氧化硅气凝胶展开。气凝胶由于具有低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率及结构可控等诸多优异性能，因此被誉为改变世界的神奇材料，具有巨大的军民两用应用价值。气凝胶的常规制备方法主要包括两个关键技术：溶胶-凝胶技术和干燥技术，前者主要是为了获得具有一定空间网络的结构，后者则是将凝胶网络骨架中的溶剂去除，得到气凝胶材料。其中，溶胶-凝胶技术包括两个方面，(1)溶液到溶胶过程：纳米尺度的胶体粒子通过缩聚和水解反应在均匀的前驱物溶液中形成，或是通过催化剂来催化加速；(2)溶胶到凝胶的过程：溶胶粒子之间手拉手连接，分层装配进一个具有连续网状结构的湿凝胶。湿凝胶到气凝胶的干燥过程要求其微结构不能塌陷或破坏，常见的干燥方法包括超临界干燥、亚临界干燥、冷冻干燥及常压干燥等，前两类高能耗、高成本的复杂干燥方法使用较多。目前，传统气凝胶材料制备方法存在以下缺陷：(1)溶胶-凝胶法水解和缩聚反应时间较长，导致大规模生产周期长；(2)为降低湿凝胶的表面张力，防止凝胶干燥过程中微孔洞内结构的破坏或坍塌，需使用大量的有机溶剂置换，导致原料成本高，同时易出现环境污染问题；(3)湿凝胶干燥多选择高能耗、高成本的超临界或亚临界干燥方法，需把湿凝胶置于特殊压力容器内加热升压，使凝胶内的液体发生相变成超临界态流体，因此大规模生产时干燥能耗及设备投资较大。以上都是制约气凝胶市场拓展的障碍，一旦气凝胶材料的生产成本得以显著下降，市场规模就会急剧扩大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种小分子胶凝剂、合成方法、利用其合成有机气凝胶材料的方法及得到的有机气凝胶材料。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种小分子胶凝剂，结构式为：上述小分子胶凝剂的合成方法，包括以下步骤：1)合成化合物Ⅰ将胆固醇和Boc-D-苯丙氨酸溶于二氯甲烷中，加入DCC和DMAP后在冰水浴中反应2～8h，室温条件下反应16～24h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；往滤液内通入HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成，抽滤、干燥后得到粉末状化合物Ⅰ，化合物Ⅰ的结构式为2)合成小分子胶凝剂将化合物Ⅰ溶于四氢呋喃中，加入三乙胺，加热回流2～8h，冷却至室温，得到混合溶液；将溶有亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的四氢呋喃溶液滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌18～24h，抽滤、真空干燥后得到白色粉末状的小分子胶凝剂。进一步的，步骤1)中胆固醇、Boc-D-苯丙氨酸、DCC、DMAP的摩尔比为1：(1～5)：(1～10)：(0.1～1)。进一步的，步骤2)中化合物Ⅰ、三乙胺、亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的摩尔比为1：(1～5)：(0.5～1)。一种利用小分子胶凝剂合成有机气凝胶材料的方法，包括以下步骤：1)凝胶乳液的制备将小分子胶凝剂加入油相体系中，搅拌形成混合溶液，将水相加入所述混合溶液内，搅拌形成乳白色、粘弹态的乳液，静止至乳液为微流动或半流动状，制得凝胶乳液；以质量百分比计，各组分的配比为：0.1％～0.5％的小分子胶凝剂，4.7％～22.5％的油相，77％～95.2％的水相；其中，油相体系由2.8％～10％的可聚合单体、1％～5％的交联剂、0.5％～4％的触变剂、0.1％～0.5％的引发剂以及0.3％～3％的增韧剂混合而成；2)凝胶乳液的聚合将凝胶乳液在室温～50℃聚合4～8h，升温至50～90℃，聚合4～12h，再升温至90～120℃，聚合4～8h；干燥后得到有机气凝胶材料。进一步的，可聚合单体为对氯苯乙烯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯等单体中的一种或多种。进一步的，交联剂为二乙烯基苯、邻苯二甲酸二烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或两种。进一步的，触变剂为沉淀二氧化硅、气相二氧化钛、气相二氧化硅、有机膨润土中的一种或两种。进一步的，引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或两种；增韧剂为丁腈橡胶、丙烯酸类橡胶、有机硅氧烷中的一种或两种；水相为去离子水、质量分数1.5％的NaCl水溶液、质量分数2％的CaCl2水溶液、质量分数2％的葡萄糖水溶液、pH为6的稀硫酸水溶液、pH为8的NaOH水溶液中的一种。一种利用小分子胶凝剂合成有机气凝胶材料的方法合成的有机气凝胶材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的小分子胶凝剂及其合成方法，该小分子胶凝剂具有特殊的化学结构，包含双胆固醇片段、多苯环结构以及双脲基结构，因此可依靠分子之间的氢键、π-π堆积、范德华力、静电以及主客体作用等弱相互作用，通过超分子缔合形成三维网络结构，使存在于体系内的溶剂失去流动性，形成稳定的凝胶乳液，热聚合得到有机气凝胶材料。本专利技术的利用小分子胶凝剂合成有机气凝胶材料的方法，核心是实现凝胶乳液的稳定化，针对本专利技术凝胶乳液体系的特点，以小分子胶凝剂为稳定剂，以油包水(W/O)型乳液为模板，去离子水、无机盐水溶液、有机化合物水溶液、稀酸或稀碱等水溶液作为分散相，与其不相容且不反应的有机溶剂为连续相，通过简单的物理震荡/搅拌成胶，使连续相包裹分散相制得凝胶乳液，引发聚合、干燥得到一种新型有机气凝胶材料。凝胶乳液合成过程具有以下优点：分散相与连续相之间界面巨大，反应效率高，反应周期短；体系的粘弹性使反应产物不易析出，有助于网状聚集结构的形成与稳定；以油包水(W/O)型乳液为反应介质，分散相占据主要部分，大幅度减少有机溶剂的使用，原料成本降低；产品的密度和内相孔结构可以通过胶凝剂类型、油水比等的改变进行调控；凝胶乳液放大效应小，制备方法具有一定的普适性。该合成有机气凝胶材料的方法具有以下优势：室温常压搅拌成凝胶，中低温热聚合，反应条件温和、生产周期短；可大批量放大生产，生产绿色、无三废排放；调节油水比即可获得一系列不同密度、孔径及内相结构的气凝胶材料；材料常压干燥，不需要大量的有机溶剂置换，干燥成本及能耗较低；生产工艺、设备简单，设备投资少，生产成本低。基于以上凝胶乳液及有机气凝胶材料合成方法的优点，可以看出本专利技术的制备方法弥补了传统气凝胶材料制备方法的缺陷，不仅大规模生产时受原料、生产工艺、设备条件、环境等影响较小，同时还避免了传统方法制备周期长、有机溶剂使用量大、干燥能耗高以及生产工艺复杂等缺陷，因此，本专利技术方法的生产成本较低，大规模生产得到了保障。本专利技术利用小分子胶凝剂合成了有机气凝胶材料，该材料具有多级孔结构、轻质、隔热、保温及疏水等特点。附图说明图1为小分子胶凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小分子胶凝剂，其特征在于，结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种小分子胶凝剂，其特征在于，结构式为：2.根据权利要求1所述的小分子胶凝剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)合成化合物Ⅰ将胆固醇和Boc-D-苯丙氨酸溶于二氯甲烷中，加入DCC和DMAP后在冰水浴中反应2～8h，室温条件下反应16～24h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；往滤液内通入HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成，抽滤、干燥后得到粉末状化合物Ⅰ，化合物Ⅰ的结构式为2)合成小分子胶凝剂将化合物Ⅰ溶于四氢呋喃中，加入三乙胺，加热回流2～8h，冷却至室温，得到混合溶液；将溶有亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的四氢呋喃溶液滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌18～24h，抽滤、真空干燥后得到白色粉末状的小分子胶凝剂。3.根据权利要求2所述的小分子胶凝剂的合成方法，其特征在于，步骤1)中胆固醇、Boc-D-苯丙氨酸、DCC、DMAP的摩尔比为1：(1～5)：(1～10)：(0.1～1)。4.根据权利要求2所述的小分子胶凝剂的合成方法，其特征在于，步骤2)中化合物Ⅰ、三乙胺、亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的摩尔比为1：(1～5)：(0.5～1)。5.一种利用小分子胶凝剂合成有机气凝胶材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)凝胶乳液的制备将小分子胶凝剂加入油相体系中，搅拌形成混合溶液，将水相加入所述混合溶液内，搅拌形成乳白色、粘弹态的乳液，静止至乳液为微流动或半流动状，制得凝胶乳液；以质量百分比计，各组分的配比为：0.1％～0.5％的小分子胶凝剂，4.7％～22.5％的油相...

【专利技术属性】
技术研发人员：房喻，王佩，刘建飞，陈香李，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61